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存储基础知识 V1 1 Page2 培训目标 学完本课程后 您应该能 掌握存储的基础知识和技能熟悉存储的各种特性和功能 Page3 目录 存储组网形态主要协议RAID磁盘热备与重构快照与复制数据分级存储概念 Page4 存储分类 封闭系统的存储 开放系统的存储 内置存储 外挂存储 Direct AttachedStorage直接式存储 DAS Fabric AttachedStorage网络存储 FAS Network AttachedStorage网络接入存储 NAS StorageAreaNetwork存储区域网络 SAN Page5 DAS SAN NAS组网示意图 DAS DirectAttachmentStorage 直接连接存储 存储设备是通过电缆 通常是SCSI接口电缆 直接连到服务器的 I O请求直接发送到存储设备 Page7 典型DAS结构 DAS分析 连接简单集成在服务器内部 点到点的连接 距离短 安装技术要求不高低成本需求SCSI总线成本低较好的性能通用的解决方案DAS的投资低 绝大多数应用可以接受 DAS优势 有限的扩展性SCSI总线的距离最大25米 最多15个设备专属的连接空间资源无法与其他服务器共享备份和数据保护备份到与服务器直连的磁带设备上硬件失败将导致更高的恢复成本TCO 总拥有成本高 存储容量的加大导致管理成本上升存储使用效率低 DAS劣势 NAS NetworkAttachmentStorage 应用服务器 FileI O IP协议 网络连接存储 存储设备连接到现有的网络上 提供数据和文件服务 Page10 典型NAS结构 NAS的优势 资源共享构架于IP网络之上部署简单较好的扩展性异构环境下的文件共享易于管理备份方案简单低的TCO NAS优势 扩展性有限一些应用会占用带宽资源不适应某些数据库的应用 NAS劣势 SAN StorageAreaNetwork 应用服务器 BlockI O FCP协议 SAN 存储区域网络 它是一个用在服务器和存储资源之间的 专用的 高性能的网络体系 它为实现大量原始数据的传输而进行了专门的优化 Page13 典型SAN结构 SAN的优势 实现存储介质的共享非常好的扩展性易于数据备份和恢复实现备份磁带共享LANFree和ServerFree高性能支持服务器群集技术容灾手段低的TCO SAN优势 成本较高需要专用的连接设备如FC交换机以及HBASAN孤岛技术较为复杂需要专业的技术人员维护 SAN劣势 Page15 DAS NAS SAN三种形态比较 Page16 目录 存储组网形态主要协议RAID磁盘热备与重构快照与复制数据分级存储概念 存储传输的硬件通道有三种 传输通道 通过以太网线连接通过SCSI线缆连接通过光纤线缆连接 iSCSIHBACard iSCSI磁盘阵列 SCSIHBACard SCSI磁盘阵列 FCHBACard FC磁盘阵列 以太网线 SCSI线缆 光纤线缆 主机 GECard Page18 SCSI协议 SCSI是小型计算机系统接口 SmallComputerSystemInterface 的简称 主要用于高端系统的连接 现在已完全普及到了小型机及高端服务器 SCSI存储是以主机为中心的 一条SCSI总线上可以串接多台不同类型的设备 SCSI协议可以划分为SCSI 1 SCSI 2 SCSI 3 最新的为SCSI 3 也是目前应用最广泛的SCSI版本 属于SCSI 3的Ultra320SCSI的最高数据传输率已经达到了320MB s Page19 iSCSI协议 iSCSI是互联网小型计算机系统接口 InternetSmallComputerSystemInterface 的简称 是一种在TCP IP上进行数据块传输的标准 可以理解为SCSIoverIP iSCSI实现在IP网络上运行SCSI协议 使其能够在诸如高速千兆以太网上进行快速的数据存取备份操作 可用于构成基于IP的SAN 为用户提供高速 低价 长距离的存储解决方案 iSCSI是将SCSI命令封装到TCP IP数据包中 使I O数据块可通过IP网络传输 iSCSI的数据包结构 Page20 FC协议及组件 FC是光纤通道 FiberChannel 的简称 用于服务器共享存储设备的连接 存储控制器和驱动器之间的内部连接 FC是一种高性能的串行连接标准 其接口传输速率目前有1G 2G 4Gbit s几种标准 传输介质可以选择铜缆或光纤 支持多种互联拓扑结构 FiberChannel组件 HBA卡 HostBusAdapter 主机通道适配器 FCHBA卡在应用中 相当于SCSI卡 我们后面讲到的node和port就在HBA卡上 FCswitch 光纤交换机 SAN架构中核心设备 连接服务器和存储设备 iSCSI协议的分层结构 FC协议的分层结构 iSCSI和FC协议层次比较 Page22 目录 存储组网形态主要协议RAID磁盘热备与重构快照与复制数据分级存储概念 RAID简介 RAID是廉价冗余磁盘阵列 RedundantArrayofInexpensiveDisks 的简称 RAID0 StripedDiskArraywithoutFaultTolerance 没有容错设计的条带磁盘阵列 以条带形式将RAID阵列的数据均匀分布在各个阵列中 总容量 磁盘数量 磁盘容量 RAID0 一 RAID0 二 RAID1 以镜像作为冗余手段 虚拟磁盘中的数据有多个拷贝 放在成员磁盘上 总容量 磁盘数量 2 磁盘容量 RAID1 一 RAID1 二 RAID3 条带分布 专用盘校验 以xor校验为冗余方式 使用专门的磁盘存放校验数据 虚拟磁盘上的数据块被分为更小的数据块并行传输到各个成员物理磁盘上 同时计算出xor校验数据存放到校验磁盘上 总容量 磁盘数量 1 磁盘容量 RAID3 一 RAID3 二 RAID5 条带技术 分布式校验 以XOR检验为冗余方式 校验数据均匀分布在各个数据磁盘上 对各个数据磁盘的访问为异步操作 总容量 磁盘数 1 磁盘容量 RAID5 一 A B C D E RAID5 二 RAID6 能够允许两颗磁盘同时失效的RAID级别系统 总容量 磁盘数 2 磁盘容量 RAID6 一 RAID6 二 RAID10 镜像阵列条带化 将镜像和条带组合起来的组合RAID级别 最低一级是RAID1镜像对 第二级为RAID0 总容量 磁盘数 2 磁盘容量 RAID10 一 RAID10 二 RAID50定义 将镜像和条带组合起来的组合RAID级别 最低一级是RAID5镜像对 第二级为RAID0 总容量 磁盘数 1 磁盘容量 RAID50 一 RAID50 二 Page38 RAID级别比较 其中RAID3与RAID5的区别为 RAID3更适合于顺序存取 RAID5更适合于随机存取 需要根据具体的应用情况决定使用那种RAID级别 Page39 目录 存储组网形态主要协议RAID磁盘热备与重构快照与复制数据分级存储概念 Page40 所谓热备份是在建立RAID磁盘阵列系统的时候 将其中一磁盘指定为热备磁盘 此热备磁盘在平常并不操作 当阵列中某一磁盘发生故障时 热备磁盘便取代故障磁盘 并自动将故障磁盘的数据重构在热备磁盘上 热备盘分为 全局热备盘和局部热备盘全局热备盘 针对整个磁盘阵列 对阵列中所有RAID组起作用 局部热备盘 只针对某一RAID组起作用 因为反应快速 加上快取内存减少了磁盘的存取 所以数据重构很快即可完成 对系统的性能影响不大 对于要求不停机的大型数据处理中心或控制中心而言 热备份更是一项重要的功能 因为可避免晚间或无人守护时发生磁盘故障所引起的种种不便 热备 HotSpare Page41 热备与重构 在线操作特性系统中需设置一个热添加的备份盘或用一个新的替代磁盘替代故障磁盘当满足以下条件时开始数据自动重构1 有一个热备份盘存在独立于故障磁盘的2 所有磁盘都配置为冗余阵列 RAID1 3 5 10 所有的操作都是在不中断系统操作的情况下进行的 RAID5setofdrives 4active 1hot spare COPYBACK完成 某个磁盘损坏 重构过程开始 重构过程结束 RAID5可靠性恢复冗余 插入新磁盘 COPYBACK开始 Page42 目录 存储组网形态主要协议RAID磁盘热备与重构快照与复制数据分级存储概念 Page43 逻辑卷快照 snapshot 基本概念 BaseVolume 快照源卷RepositoryVolume 快照仓储卷 保存快照源卷在快照过程中被修改以前的数据SnapshotVolume 快照卷某一个时间点的逻辑卷映像 逻辑上相当于整个BaseVolume的拷贝可将SanpshotVolume分配给任何一台主机SnapshotVolume可读取 写入或拷贝存储空间需求需要相当于BaseVolume20 的额外空间用途文件 逻辑卷恢复备份 测试 数据分析等 Page44 快照 snapshot 过程演示 B A S E V O L U M E X Y Z 并且我们的卷有足够的空间来创建快照 首先保证我们的源卷和阵列的运行是正常的 Page45 W R E P O S I T S N A P S H O T V O L U M B A S E V O L U M E X Y Z R I T E S 首先 在快照完成之前控制器是禁止对源卷进行写操作的 仓储卷默认是源卷大小的20 满足上面条件后 快照过程开始进行 快照 snapshot 开始 Page46 仓储卷 20 源卷大小 现在可用 快照 snapshot 完成 R E P O S I T S N A P S H O T V O L U M B A S E V O L U M E X Y Z W R I T E S 快照完成状态 实际上是一些指针 当快照完成之后 控制器释放对源卷的写权限 我们可以对源卷进行写操作 Page47 当源卷数据改变时 我们的源卷数据在改变之前会顺序的写到仓储卷上 然后再把快照指针指导这边来 B A S V O E T S N A P S H O T V O L U M B A S E V O L U M E X Y Z W R I T E S 然后源卷的数据才会开始更新 Page48 最后一步 我们源卷的原数据已经写到了仓储卷上 B A S V O E T S N A P S H O T V O L U M W R I E T E L U M S X Y Z 快照卷的指针指到了新的数据位置 源卷数据更新完毕 Page49 逻辑卷拷贝 VolumeCopy 生产主机 测试主机 基本概念将一个逻辑卷 Source 上的内容完全物理上拷贝到另一个逻辑卷 Target 拷贝过程中源卷只读在同一个存储系统内目标逻辑卷可以做另一个VolumeCopy的源卷用途目标逻辑卷可用来做经营分析 数据挖掘 测试 备份等对目标卷的操作不影响源卷的性能重新分配数据 使性能和容量分配达到最优化将数据迁移到新的 更大的 更快的磁盘上将逻辑卷迁移到更合适的逻辑卷组上 Page50 逻辑卷快照 逻辑卷拷贝 通过快照获得BaseVolume的SnapshotVolume 逻辑卷拷贝与逻辑卷快照相结合 实现此功能 如何在VolumeCopy过程中对源卷进行正常访问 Page51 目录 存储组网形态主要协议RA